科技先行背景下，完全自動的農(nóng)業(yè)形式漸成雛形，未來的發(fā)展趨勢是以高科技產(chǎn)品為切入點，迅速推進(jìn)這一進(jìn)程。例如，農(nóng)民可以利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)(UIS)軟件規(guī)劃土地，通過全球定位系統(tǒng)(UPS)指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)，操縱自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實現(xiàn)拖拉機的無人駕駛。
自動農(nóng)業(yè)形式高度依賴制造成本高、性能好的自動化農(nóng)業(yè)機械，而自動化農(nóng)業(yè)機械的高效運行則離不開計算機軟件操控。目前，從精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)到自動化農(nóng)業(yè)，都有哪些前沿技術(shù)呢？
運行原理：全球定位系統(tǒng)(GPS )衛(wèi)星數(shù)據(jù)和軟件
城市居民可能依然視農(nóng)業(yè)為科技含量低、技術(shù)落后的產(chǎn)業(yè)，但是在美國等發(fā)達(dá)國家，農(nóng)業(yè)己經(jīng)貼上了高科技的標(biāo)簽，特別是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。
UPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)核心。農(nóng)民依靠農(nóng)場管理軟件(如FarmWork)和UPS接收器繪制農(nóng)場地圖并記錄單位而積的糧食產(chǎn)量。為了提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，他們可以利用其他一些信息。例如，進(jìn)行土壤樣本測試，對不同地區(qū)的土壤成分進(jìn)行測定，或者通過植株顏色評估作物是否健康。
因此，農(nóng)民通過計算機地圖軟件分時段分析衛(wèi)星或航拍圖像，即可判斷不同季節(jié)農(nóng)場作物的健康狀況。針對作物的健康問題，農(nóng)民通過在地圖上標(biāo)注特定地區(qū)的化肥需求量、播種密度等，繪制處方地圖。
類似的做法也應(yīng)用于其他農(nóng)業(yè)管理中，例如，化肥和農(nóng)藥的施用。
計算機UPS監(jiān)測農(nóng)機具的方位，保障其遵循土地配方完成化肥或農(nóng)藥在不同地塊上施用。結(jié)果是，農(nóng)民從中受益，因為化肥和農(nóng)藥使用量的減少意味著成本的降低;而且，環(huán)境亦從中受益，化肥和農(nóng)藥使用量的減少意味著周圍生態(tài)系統(tǒng)所受到的侵害和風(fēng)險也降低了。
無論收割機還是播種機，其自帶的UPS都能實現(xiàn)農(nóng)機具定位，其原理與智能手機定位是一樣的。然而值得注意的是，手機的定位精度相對較低。具體而言，手機或汽車內(nèi)置的UPS可定位精度約為“米”級，而智能拖拉機內(nèi)置的高精度UPS定位精度可達(dá)到“分米”級。
就自動化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實需要來說，高精度具有重要價值:一是支撐農(nóng)機具設(shè)定更復(fù)雜的路徑。二是在播種時，化肥、農(nóng)藥精確地進(jìn)入種子所在的穴道，減少資源浪費。對于收割機而言，只需要設(shè)定相應(yīng)的路徑，便可實現(xiàn)高效收割。
自動化農(nóng)業(yè)機械作業(yè)過程
自動化農(nóng)業(yè)機械是處方發(fā)揮效用的最終途徑。同時，播種機安裝了株距和速度自動調(diào)控裝置。該播種機的拖拉機機身自帶計算機，農(nóng)民可以將處方地圖數(shù)據(jù)輸入計算機UPS。
計算機驅(qū)動程序一旦啟動，拖拉機就可帶動播種機撒種，計算機則通過播種機的方位控制播種速度，并將己播種區(qū)域的數(shù)據(jù)記錄備案，防比重復(fù)撒種。收獲時，收割機同樣要依循數(shù)月前播種機走過的路徑。
自動化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)適用的拖拉機范圍比較廣泛，存在形式包括機器內(nèi)置和售后安裝。曾經(jīng)，駕駛員需要采用激光等輔助判斷農(nóng)機具方向是否正確或是否需要轉(zhuǎn)向。即便駕駛員依然需要在路徑末端人工干預(yù)，大部分現(xiàn)有的自動化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)己經(jīng)能夠擺脫輔助方法精準(zhǔn)作業(yè)。
重要的是，最新技術(shù)己經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)機具自動掉頭。目前，駕駛員依然需要經(jīng)常現(xiàn)場監(jiān)測前方障礙物和農(nóng)機具運行情況，然而，計算機程序己經(jīng)不可爭辯地代替人類，在較大程度上實現(xiàn)了農(nóng)機具的自主運行。
案例分析:Kinze自動化谷物收割系統(tǒng)
近年來，Jaybridge Robotics公司與美國農(nóng)機巨頭Kinze公司聯(lián)合研發(fā)制造出了Kinze自動化谷物收割機。本案例研究將深入分析Kinze如何將自有科技與Jaybridge's軟件控制成功對接的。
Jaybridge's軟件系統(tǒng)可利用商品組件實施以下自動化任務(wù):①用戶可以通過用戶界而操作工作流程;②農(nóng)機具路徑規(guī)劃;③農(nóng)機具控制，包括轉(zhuǎn)向、剎車、加油等等;①導(dǎo)航;⑤障礙物排查;⑥農(nóng)機內(nèi)部共享。
Kinze自動化谷物收割系統(tǒng)可以在Android系統(tǒng)下的觸屏平板電腦上運行，界面上呈現(xiàn)有4個基本的工作項目程序：
在“收割”和“卸貨”程序，運糧車與聯(lián)合收割機保持同步，配合聯(lián)合收割機完成谷物收割和投放動作。在“停車場”程序，裝載車駛回特定的泊車區(qū)域，與等待在此的半掛車交貨，由其繼續(xù)承運谷物運輸。“空閑”模式下，運糧車會等待下一步指令。
這4個關(guān)鍵工作程序需要通過界而右方按鈕實現(xiàn)，而其他功能(如添加或刪除作物名稱及障礙探測)則需要界而底端的按鈕實現(xiàn)。
拖拉機拉著運糧車前行時，其內(nèi)置的電腦屏幕上會實時顯示路線規(guī)劃、車輛控制、導(dǎo)航和障礙探測情況。收割機前行時，路線規(guī)劃也會實時地適應(yīng)和調(diào)整。它不但會記錄收割機朝著運糧拖車的前行方向，也會清掃谷物從而擴大可行駛的范圍。當(dāng)路線規(guī)劃遇到復(fù)雜的地形障礙時，計算機就會安排收割機快速轉(zhuǎn)向。
導(dǎo)航系統(tǒng)在規(guī)劃收割機路線的同時，能夠持續(xù)識別運糧拖車的位置、方向、速度、行駛區(qū)域圖和最大裝載量。當(dāng)收割機與運糧拖車并行卸糧時，二者的位置信息可以實現(xiàn)快速共享。
運糧拖車控制系統(tǒng)也實時確保拖車能按照預(yù)設(shè)的路線行進(jìn)。例如，通過路線規(guī)劃，車載內(nèi)嵌電腦控制，同步的油門、剎車和行駛，以達(dá)到理想的路線。
障礙探測系統(tǒng)依靠一個旋轉(zhuǎn)的激光測距儀(LIDAR)和自動雷達(dá)(更常見的是用于自適應(yīng)巡航控制)，二者收集到的數(shù)據(jù)會融合到一起以增強探測能力。
車間通信通過兩種不同的途徑來實現(xiàn)。針對更廣的范圍，運糧拖車和收割機通過單元數(shù)據(jù)實現(xiàn)信息互通，利用普遍的小區(qū)覆蓋可以延伸到更偏遠(yuǎn)的地區(qū)。針對較短距離，尤其是兩車并行時，短距離的高速無線電就用來交換數(shù)據(jù)以協(xié)調(diào)前行問題。
